ESTRUCTURA Y PROPIEDADES
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Los ácidos carboxílicos son compuestos orgánicos que incorporan uno o más grupos carboxilo a sus moléculas: -COOH. El nombre carboxilo proviene del hecho de que los grupos carbonilo y hidroxilo están unidos al mismo carbono.
Ejemplos de ácidos carboxílicos son los siguientes:
Los ácidos carboxílicos son sustancias conocidas desde hace mucho tiempo y no debe extrañarnos que a la nomenclatura actual le acompañen nombres clásicos utilizados habitualmente. Por ejemplo, el ácido fórmico es el de molécula más pequeña y recibe ese nombre de la palabra latina formica (hormiga) ya que se encuentra en estos insectos (lo segregan durante la mordedura). El ácido butírico es el responsable del olor de la mantequilla rancia o de algunos quesos. El ácido adípico es utilizado en la síntesis de un tipo de nylon.
Los ácidos carboxílicos obtenidos de la unión de un grupo carboxilo a un anillo de carbonos se nombran de manera especial: el sufijo -carboxílico se añade al nombre compuesto cíclico. En el caso del benceno, el utiliza ácido benzoico.
Son sustancias muy importantes desde el punto de vista industrial (piense en el ácido acético, componente del vinagre) y se encuentran en muchos productos naturales, incluyendo aminoácidos, vitaminas o ácidos grasos.
ESTRUCTURA
En el grupo carboxilo hay un grupo hidroxilo unido a un grupo carbonilo. En el grupo carbonilo, tanto el átomo de carbono como el de oxígeno tienen hibridación sp2. En el grupo hidroxilo el átomo de oxígeno también tiene hibridación sp2 posibilitando que uno de sus pares de electrones no compartidos se conjuge con el sistema pi del grupo carbonilo. Por tanto, la geometría en torno al C carbonílico es plana triangular con ángulo de enlace típico de 120º y se producen las siguientes formas resonantes:
En base a ello, se pueden identificar varias zonas reactivas en el grupo carboxilo
El H del grupo carboxilo se puede perder con facilidad (acidez) dando lugar a un ion carboxilato que se estabiliza por resonancia.
Los ácidos carboxílicos forman sales con los iones metálicos (p.e. acetato de sodio)
PROPIEDADES FÍSICAS
Las propiedades físicas de las sustancias vienen condicionadas por las fuerzas intermoleculares que se manifiestan en ellas. En comparación con los alcoholes y los aldehidos, los ácidos carboxílicos de similar tamaño tienen mayor punto de ebullición y mayor solubilidad en agua. Eso es consecuencia de los puentes de hidrógeno que pueden formar las moléculas de los ácidos carboxílicos entre sí y con las moléculas de agua.
Los ácidos carboxílicos tienen tan elevados puntos de ebullición por la posibilidad que tienen de formar dímeros unidos por puentes de hidrógeno.
El punto de ebullición de los ácidos carboxílicos aumenta de manera regular con el tamaño molecular, pero el punto de fusión no, existiendo diferencias entre los que tienen un número par o impar de átomos de carbono.
A los ácidos carboxílicos de elevado número de átomos de carbono (mayor que 10) se les denomina ácidos grasos. Estos pueden ser saturados o insaturados (si contienen en su molécula uno o más dobles enlaces). Los saturados son sólidos a temperatura ambiente (grasas) y los insaturados son líquidos (aceites). En estos últimos se aprecia que la presencia de dobles enlaces cis provoca una disminución del punto de fusión (disminuye la linealidad de la molécula y se dificulta el empaquetamiento en estado sólido). Eso ocurre, por ejemplo, entre los ácidos palmítico (saturado) y palmitoleico (cis insaturado), ambos con 16 átomos de carbono, donde el primero funde 60 ºC por encima del segundo.
En cuanto a la solubilidad en agua de los ácidos carboxílicos hay que tener en cuenta que sus moléculas pueden formar varios puentes de hidrógeno con el agua. Esto hace que sean más solubles que los alcoholes y los aldehidos de similar peso molecular. En cualquier caso, también en ellos ocurre que la solubilidad disminuye a medida que aumenta el tamaño de la cadena carbonada.
¿Por qué es tan elevada la acidez de los ácidos carboxílicos, en comparación con la de otras sustancias orgánicas?
La acidez de los ácidos carboxílicos es 1011veces mayor que, por ejemplo, la de los alcoholes. La razón hay que buscarla en la estabilización por resonancia del ion (carboxilato) que se forma cuando pierden el protón.
Sabemos que el equilibrio favorece el estado termodinamicamente más estable y que la magnitud de la constante de equilibrio refleja la diferencia de energía entre los componentes de cada lado del equilibrio. En el equilibrio ácido-base en agua, el ácido HA forma el ion A- mientras que el agua forma el ion hidronio. Cualquier efecto que estabilice el ion A- (base conjugada) hará que el ácido HA sea más fuerte y desplazará el equilibrio hacia la derecha. Ambos, el grupo carboxilo y el ion carboxilato están estabilizados por resonancia, pero la estabilización del ion carboxilato es mucho más intensa que la del grupo carboxílico. En el ion carboxilato las dos formas resonantes son iguales y contribuyen por igual al híbrido de resonancia.
